Propilenglicol: producción, reacciones y usos

Propilenglicol, 1,2-propanodiol

propylene glycol

Las propiedades fisicoquímicas del propilenglicol son similares a las del etilenglicol. Su primera descripción registrada fue realizada por Wurtz en 1859.

La producción a escala industrial de 1,2-propanodiol a partir de óxido de propileno y agua comenzó en la década de 1930 y todavía se utiliza en la actualidad. El proceso produce simultáneamente di- y tripropilenglicoles.

La capacidad de producción mundial de 1,2-propanodiol supera los 2,56 millones de toneladas al año.

El 1,2-propanodiol tiene numerosas aplicaciones, incluido el uso en poliésteres insaturados para compuestos termoestables, química alimentaria, equipos de procesamiento de alimentos, cosméticos, productos farmacéuticos, así como descongeladores y componentes anticongelantes para automóviles.

Tabla de contenido

1. Producción de propilenglicol

1.1. Hidrólisis de óxido de propileno

El proceso dominante para la producción industrial de 1,2-propanodiol implica la hidrólisis directa del óxido de propileno en presencia de agua.

Se sabe que este proceso genera dipropilenglicol y tripropilenglicol mediante la adición secuencial de óxido de propileno a 1,2-propanodiol.

production of propylene glycol

Por tanto, la separación de los tres productos se realiza mediante destilación.

El proceso de fabricación de 1,2-propanodiol se inicia combinando óxido de propileno y agua en una proporción molar de 1:15, a una temperatura inicial de 125°C y una presión de aproximadamente 2 MPa. La temperatura del efluente del reactor aumenta hasta aproximadamente 190°C debido a la reacción exotérmica.

La mezcla resultante de 1,2-propanodiol, dipropilenglicol y tripropilenglicol tiene una proporción de aproximadamente 100:10:1, respectivamente, consiguiéndose esta proporción con la proporción anterior de agua a óxido.

El aumento de la proporción de agua a óxido puede conducir a proporciones más altas de propilenglicol; sin embargo, esto da como resultado tasas de reciclaje más altas, menor rendimiento y mayores costos de energía.

La mezcla de agua-glicol se retira de la zona del reactor a aproximadamente 200°C y se somete a eliminación de agua en columnas de deshidratación. El 1,2-propanodiol, el dipropilenglicol y el tripropilenglicol de alta pureza se separan mediante tres destilaciones al vacío sucesivas.

El residuo comprende una combinación de glicoles superiores que tienen aplicaciones comerciales limitadas.

Este proceso genera muy pocos desechos debido a la baja toxicidad del 1,2-propanodiol, dipropilenglicol y tripropilenglicol, que plantea riesgos ambientales mínimos. Todos estos compuestos son fácilmente biodegradables.

Schematic of propylene glycol production
Figura 1: Esquema de la producción de propilenglicol
a) Reactor; b) Evaporador (normalmente de 2 a 4 columnas); c) columna de destilación de 1,2-propanodiol; d) Columna de destilación de dipropilenglicol; e) Columna de destilación de tripropilenglicol

1.2. Hidrogenólisis de glicerol a 1,2-propanodiol

production of propylene glycol from glycerol

El glicerol, un subproducto de la transesterificación de aceites vegetales para la producción de biodiesel, es un material de partida interesante para la síntesis de 1,3-propanodiol y 1,2-propanodiol.

De la producción de 100 kg de biodiesel se pueden obtener aproximadamente 10 kg de glicerol bruto con una concentración del 50-55%.

Se utilizan catalizadores metálicos e hidrógeno para hidrogenar glicerol a 1,2-propanodiol, que está disponible comercialmente como producto industrial y U.S.P. Los grados.

Esta reacción tiene lugar en dos pasos a través de un intermediario acetol. El primer paso implica la conversión de glicerol en acetol en presencia de un catalizador metálico. En el segundo paso, el acetol se hidrogena a 1,2-propanodiol usando un catalizador similar.

La elección del catalizador y sus propiedades afectan la selectividad de la reacción. Se descubrió que la cromita de cobre era el catalizador más eficaz.

1.3. Rutas alternativas

Se ha realizado un estudio exhaustivo sobre el proceso de acetoxidación del propeno que conduce a la producción de acetatos de glicol seguido de hidrólisis al glicol. Se informa que este método ofrece una alternativa rentable a la ruta del óxido de propileno, aunque con costos de inversión de capital fijo significativamente más altos.

Además, se ha informado de la hidroxilación directa de propeno para producir 1,2-propanodiol, que emplea el uso de catalizadores de oxígeno y osmio.

2. Reacciones químicas del propilenglicol

Las propiedades químicas del 1,2-propanodiol están determinadas principalmente por sus grupos hidroxilo y sus reacciones son características de los alcoholes.

A temperaturas elevadas, el 1,2-propanodiol se condensa con ácidos carboxílicos para producir ésteres y agua. También reacciona fácilmente con isocianatos y cloruros de ácido para producir carbamatos y ésteres, respectivamente.

Las reacciones de policondensación del 1,2-propanodiol con diácidos dan como resultado la formación de poliésteres. Los poliésteres insaturados se producen en cantidades significativas haciendo reaccionar 1,2-propanodiol con anhídrido maleico y otros componentes diácidos.

El 1,2-propanodiol reacciona con el óxido de propileno para generar dipropilenglicol, tripropilenglicol y poliéter polioles. Los éteres de polipropilenglicol derivados de esta reacción sirven como componentes industriales cruciales para las espumas y elastómeros de poliuretano.

Debido a su estructura de 1,2-diol, el 1,2-propanodiol puede sufrir diversas reacciones de ciclación interesantes. Con aldehídos y cetonas se pueden producir acetales y cetales cíclicos, respectivamente.

Cuando se somete a temperaturas elevadas y catalizadores ácidos, el 1,2-propanodiol puede sufrir deshidratación para producir éteres cíclicos. Estos productos de deshidratación normalmente están presentes en niveles bajos en corrientes de subproductos acuosos de reacciones de policondensación que involucran 1,2-propanodiol.

3. Usos del propilenglicol

El 1,2-propanodiol encuentra su mayor aplicación en la producción de resinas de poliéster insaturado. Estas resinas se obtienen haciendo reaccionar 1,2-propanodiol con diácidos carboxílicos saturados e insaturados, como anhídrido maleico y ácido isoftálico.

Las resinas resultantes se disuelven en estireno u otro monómero polimerizable y se combinan con cargas, vidrio picado, iniciadores de polimerización de peróxido y otros aditivos para formar un compuesto termoestable reticulado que se utiliza en plásticos para automóviles, construcción y embarcaciones de fibra de vidrio.

Esta aplicación representa aproximadamente el 45% de la producción total de 1,2-propanodiol.

La FDA ha designado al 1,2-propanodiol como generalmente considerado seguro (GRAS), lo que ha llevado a su uso extensivo en las industrias alimentaria y farmacéutica.

Sirve como humectante, solvente y conservante en alimentos y productos alimenticios para mascotas.

El 1,2-propanodiol se utiliza como lubricante para maquinaria, disolvente en el procesamiento de alimentos, en envoltorios para alimentos y como agente anticongelante en el agua de refrigeración de maquinaria.

También actúa como emoliente, agente suavizante, humectante y portador en cosméticos, productos para el cuidado de la piel y medicamentos para ganado.

Debido a su rendimiento comprobado, baja toxicidad, biodegradabilidad y aceptación ambiental, el 1,2-propanodiol se utiliza en fluidos descongelantes y anticongelantes para aeronaves, ofreciendo una protección contra la congelación comparable a la del etilenglicol, que es el componente principal de las soluciones anticongelantes para automóviles. .

De hecho, el 1,2-propanodiol ha reemplazado al etilenglicol, más tóxico, en las composiciones anticongelantes para automóviles.

También se utiliza como lubricante en combinación con di y tripropilenglicoles, como humectante para el tabaco y como disolvente para los cigarrillos electrónicos.

El 1,2-propanodiol se emplea en muchas pinturas de látex como protector contra el congelamiento y el descongelamiento y para controlar la evaporación en ambientes cálidos y secos.

Puede reaccionar con ácidos grasos o ácidos carboxílicos de cadena larga para producir lubricantes, emulsionantes y plastificantes de éster.

Además, el 1,2-propanodiol es un precursor de numerosos poliéter polioles utilizados en la fabricación de espuma de uretano, elastómeros, adhesivos y selladores.

Referencia